作者：于展威，姚萌，韩建，王雅曼，付纯
来源：《科技创新导报》 2011年第11期
于展威 姚萌 韩建 王雅曼 付纯
(华东师范大学 上海 200241)
摘 要:当今的电子产品对不间断电源(UPS)的性能要求在不断提高，因而对于不间断电源来说，控制部分对信号处理的速度和精度要求也就越来越高，且要求对电网的影响最小。信号的控制和处理，自然而然就成为了其中最关键的因素。
关键词:TMS320F2808 脉宽调制(PWM) 谐波分析 增益控制
纸浆模具 中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(b)-0066-02
Abstract:In nowadays, the precision of the electronic product is constantly improved,so high quality and stable output is needed by the equipments,which is the load of the source.That lead to the quality
of the uninterruptable power supply (UPS) should be improve,that means control part of the signal processing capability is required strictly.Thus the control of the signal processing will naturally become one of the most critical factor.
Keywords:TMS320F2808,pulse width modulation(PWM),harmonic analysis, gain control
引言
UPS的作用是可以改良电网波形的参数，实现高质量的输出，在应对多变环境下的能力也是很显著的，为了能够应变各种复杂的网络环境，控制电路的重要作用也就不言而喻的体现出来。TI公司所推出的C2000系列芯片的功能定位就是用于工业控制，因而C2000在控制部分的性能能够得到很好的体现，在本文介绍的系统中，采用了TMS320F2808(以下简称2808)做为主控芯片，2808在本系统的控制中能够发挥其本身的优点，能够实现信号的准确高精度的控制。 1 系统设计
通信井
1.1 系统框架
系统的整体框架如下所示，2808输出标准的SPWM(按正弦规律调制的PWM)经过IGBT驱动电路后经过积分器积分，即可输出50Hz，220V的正弦信号。IGBT的偏置电压有两种方式提供:在市电正常的
情况下，直接进行整流滤波电路来提供直流偏置;当市电出现异常，则由电池组来提供直流电。 1.2 TMS320F2808的控制过程
TMS320F2808是美国德州仪器公司(TI)推出的32位的DSP芯片，速度可达100MIPS，可以很好得实现控制算法和信号处理的要求，片上集成了FLASH，RAM以及片上外设，具有3个32位的CPU计数器，能够输出12路的增强型PWM波形，拥有16路12位最高转换速率达160ns的AD转换通道，还具有增强型的捕获单元，支持IQ变换函数，可以用定点的DSP来实现浮点运算[1]。这些特点都将在系统中体现出2808的优越性，也将其特点充分地发挥。
1.2.1 SPWM波形的产生
2808能够提供12路的增强型PWM输出，通用输入输出口可以选择复用功能，对于三相输出的UPS，12路的SPWM输出刚好可以满足IGBT的输入要求。
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并且在2808处理器内部地址中固化了512个标准正弦值表(sine_table)，并且采用32位Q30格式，由于Iqmath库函数的存在，可以方便的在定点的2808中实现浮点处理[2]。SPWM波形的输出是根据ePWM模块的周期寄存器(TBPRD)和比较寄存器(CMPA)的值进行比较，当相等时，输出电平就发生跳变，因此，不断用正弦表的值来刷新CMPR的内容，就可以实现SPWM波形的输出，其计算方法为:
其计算是做浮点运算，要先转化成浮点数，再转回定点数来进行处理，在代码中可以借助Iqmath函数库来完成转换过程。根据上式，可以乘上一个缩放因子，来实现占空比按同样的比例进行缩放，进而实现输出电压积分后正弦波幅值的改变。
1.2.2 反馈信号的处理方法
16路的AD采样来监测输出参数的变化，根据变化进而做出相应的控制动作，其监测内容包括三相输出的电压值，电流值，三相逆变输出电压频率。输出值的大小会随着负载网络的变化而发生起伏，可以通过2808编程实现自适应算法来实现调节。
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2808的AD采样只能采样0～3V的电压信号，采样结果存放在结果寄存器(ADCRESULT)中，对于22
0V的输出，可以进行100∶1降压，对正半周期信号进行采样，可以通过ADCRESULT中的值计算出当前输出值的大小[2]:
在每个正弦周期的峰值处进行采样，与2.2V对应的数字值进行比对，跟据比较的结果，可以在比较寄存器(CMPR)数值更新的时候改变其大小，改变SPWM信号占空比即可改变输出的大小，如(3)式所示[2]:
在调整时可以乘上一个偏移量offset，当输出值变小时，offset值为一个大于1的值;当输出值增大时，offset为一个0-1的值。offset的大小是通过逐次逼近的方法来进行确定，测量值和2.2V的差每0.1V为一个步阶，上下各分为五个步阶，也就是测量值的变化范围是1.7V到2.7V，超出这个范围为严重异常事件，强制断电。每个步阶下都再分为五个变化量值(如offset1a到offset1e)，offset的值是在调试过程中得到，最终制定成表格，程序在会根据输出变化到表格的设定范围来逐个来读取五个offset值，直到得到最佳效果。如此进行调节，可以大大节省自适应控制的时间，可以做出快速准确的调整。
1.2.3 电池充电脉宽控制
电池组在电网出现异常的时候会来保证系统的正常工作，当电池组的电量消耗之后，电网恢复正常后就要对电池组进行充电。为了增加电池的使用寿命和保证其活性，再根据AD采样的值来控制可控硅的导通角，导通角不同，充电的斜率不同[3]。充电脉冲是50Hz正弦波进行全波整流成100Hz，当电池
电量较低时，导通角增加，随着电量的增加，导通角会减少，当达到规定阈值后禁止可控硅的导通。将通用输入输出口按照需要输出高低电平，就可得到控制可控硅开关的信号。
电池充电的脉宽，决定了产生的谐波分量，谐波会反射回供电网络。因此，通过傅里叶展开，通过频域分析，减小奇次谐波分量的权值，从而可以来求得满足行业标准的谐波参数。
2 系统结果分析
利用本文介绍的控制方法，将设计制作好的系统在UPS样机上进行调试，分别在空载，满负载(100%负载)和轻负载(25%负载)三种情况下测得波形如下（如图1、2、3）。
实验结果证明，本文的采用的信号处理和控制方法，可以保证UPS的性能稳定，在负载网络发生变化，输出特性也能保证在比较稳定的状态。从而其可以应对在各种场合下的应用，且对谐波量的控制，也能做到大大减小对电网的影响，切实地发挥了应有的特性。
参考文献
[1] 任润柏,周荔丹,姚钢.TMS320F28x源码解读[M].北京:电子工业出版社,2010
[2] 苏奎峰,蔡昭权,吕强,张永谦.TMS320X281xDSP应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
[3] 吕汀,石红梅.变频技术原理与应用[M].北京;机械工业出版社,2007.分液罐
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